項(xiàng)恩新，徐肖偉，張恭源，程志萬(wàn)，彭兆裕

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

0 前言

云南省是一個(gè)高原山區(qū)省份，是全國(guó)重雷擊地區(qū)之一［1］。本文研究分析了一起220 kV 線路遭受多重雷擊后導(dǎo)致高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備絕緣損壞的故障經(jīng)過(guò)及其原因，并對(duì)相同規(guī)格的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行了外絕緣瓷套試驗(yàn)研究，分析了其外絕緣強(qiáng)度性能，提出開(kāi)展高海拔云南地區(qū)開(kāi)關(guān)設(shè)備沖擊電壓和工頻電壓聯(lián)合電壓試驗(yàn)的必要［2－5］。

1 故障情況

某220 kV 線路斷路器遭受多重雷擊，外絕緣擊穿導(dǎo)致220 kV II 組母線全部失壓，斷路器為L(zhǎng)TB245E1 型瓷柱式SF6斷路器，頂端、下端引流線法蘭盤鑄鐵位置以及斷路器瓷群表面均存在電弧嚴(yán)重?zé)g痕跡，斷路器瓷瓶上、下端連接位置曾出現(xiàn)電弧短路。滅弧室內(nèi)檢查未發(fā)現(xiàn)放電分解產(chǎn)物，無(wú)放電跡象。

為研究故障發(fā)生原因，對(duì)發(fā)生故障的220 kV LTB245E1 型斷路器及其相同結(jié)構(gòu)的110 kV LTB145E1 斷路器干弧距離進(jìn)行了理論計(jì)算分析，并于對(duì)其開(kāi)展了沖擊電壓與工頻電壓聯(lián)合電壓試驗(yàn)。

1.1 理論計(jì)算

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于海拔修正系數(shù)要求［6－7］，對(duì)于使用在海拔高于1 000 m 處的電力設(shè)備，其外絕緣在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的絕緣水平是將適用場(chǎng)所要求的絕緣耐受電壓乘以海拔修正系數(shù)Ka［8］。

海拔修正系數(shù)Ka計(jì)算公式如下:

計(jì)算得2 000 米海拔修正系數(shù)為1.131。

從理論計(jì)算結(jié)果來(lái)看，二者外絕緣尺寸均不滿足2 000 m 海拔修正后空氣間隙的最小距離要求。

1.2 試驗(yàn)研究

應(yīng)用云南電網(wǎng)超高壓交直流輸變電試驗(yàn)研究基地沖擊電壓發(fā)生器裝置，調(diào)整輸出波形參數(shù)為1.27/59 μs 的雷電波，其沖擊數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 沖擊電壓極性試驗(yàn)

根據(jù)最小二乘法對(duì)表1 數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線線性擬合，如圖1、圖2 所示。

圖1 正極性沖擊電壓和干弧距離之間的擬合關(guān)系曲線

圖2 負(fù)極性沖擊電壓和干弧距離之間的擬合關(guān)系曲線

得到擬合公式為:

正極性:U50(kV)=0.476d+75

負(fù)極性:U50(kV)=0.520d+79

通過(guò)擬合公式可以看出:在2 000 m 海拔下，110 kV 斷路器滅弧室根據(jù)擬合公式得到最小干弧距離為1 210 mm，220 kV 斷路器滅弧室根據(jù)擬合公式得到最小干弧距離為2 468 mm，與理論公式所計(jì)算出的2 000 m 海拔下550 kV 雷電沖擊值所對(duì)應(yīng)的空氣間隙的最小距離為1 243 mm，1 050 kV 雷電沖擊值所對(duì)應(yīng)的的空氣間隙的最小距離為2 457 mm 是可比的。

為模擬實(shí)際斷路器運(yùn)行情況下遭受雷擊過(guò)程，對(duì)經(jīng)受出廠雷電沖擊電壓試驗(yàn)合格后的110 kV LTB145E1 型斷路器進(jìn)行雷電沖擊電壓與工頻電壓聯(lián)合電壓試驗(yàn)。雷電沖擊電壓與工頻電壓聯(lián)合電壓試驗(yàn)接線方式如圖3 所示。

圖3 雷電沖擊電壓與工頻電壓聯(lián)合電壓試驗(yàn)接線圖

其中，工頻電壓施加近似運(yùn)行電壓70 kV，雷電沖擊施加550 kV 的標(biāo)準(zhǔn)雷電波。為保護(hù)雷電沖擊電壓下工頻電壓發(fā)生裝置不受損壞，設(shè)置了直徑為10 cm 的保護(hù)球隙，同時(shí)，為確保70 kV工頻電壓下保護(hù)球隙不閃絡(luò)，550 kV 雷電沖擊電壓下閃絡(luò)，將間隙距離調(diào)節(jié)為25cm。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 聯(lián)合電壓試驗(yàn)

試驗(yàn)研究表明:即使出廠雷電沖擊電壓試驗(yàn)合格的110 kV LTB145E1 型斷路器，在2000 米高海拔云南地區(qū)承受工頻運(yùn)行電壓與標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓時(shí)，斷路器外表面瓷瓶仍然發(fā)生閃絡(luò)，其絕緣性能不滿足高海拔修正系數(shù)的外絕緣強(qiáng)度要求。

2 故障分析

發(fā)生故障的232 斷路器外絕緣閃絡(luò)而內(nèi)絕緣未擊穿，是因?yàn)楫?dāng)線路遭受多次重復(fù)雷擊時(shí)，雷電波沿線路傳播至變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備，根據(jù)行波理論，雷電波在處于開(kāi)路的斷路器斷口處發(fā)生行波全反射［9－11］，斷路器斷口處承受的過(guò)電壓幅值將增加到侵入波電壓的2 倍，大大高于斷路器斷口雷電沖擊電壓絕緣水平，斷路器斷口外絕緣不能承受雷電入侵波及其反射波的疊加作用而優(yōu)先發(fā)生閃絡(luò)，在滅弧室上下法蘭間形成放電［12－15］。若短路故障電流持續(xù)發(fā)生，將導(dǎo)致滅弧室上下法蘭嚴(yán)重?zé)龤?，且由于瓷套溫度驟變的熱力效應(yīng)，很有可能使得滅弧室瓷套發(fā)生爆炸，損壞其他臨近帶電設(shè)備，造成更為嚴(yán)重的后果。

值得指出的是，在開(kāi)關(guān)處于分?jǐn)辔弧⒕€路發(fā)生多重雷擊故障時(shí)，開(kāi)關(guān)斷口除承受雷電侵入波及其反射波疊加作用外，還承受母線側(cè)工頻電壓作用，極端情況下可能遭遇與侵入波反極性的工頻電壓峰值疊加作用。因此，對(duì)于110 kV、220 kV SF6開(kāi)關(guān)設(shè)備雷電沖擊和工頻耐壓現(xiàn)場(chǎng)和抽檢試驗(yàn)，提出考慮雷電沖擊電壓與工頻電壓的聯(lián)合電壓試驗(yàn)是必要的。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高海拔云南地區(qū)一起雷擊至斷路器外絕緣閃絡(luò)故障原因分析及試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備存在外絕緣性能不滿足高海拔修正絕緣強(qiáng)度要求，線路發(fā)生多重雷擊時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備斷口外絕緣閃絡(luò)。因此，建議開(kāi)展110 kV 及以上SF6高壓斷路器雷電沖擊電壓與工頻電壓聯(lián)合電壓試驗(yàn)，以提高開(kāi)關(guān)設(shè)備斷口絕緣水平。

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